L’energia nucleare L’ INIZIO DELL’ERA NUCLEARE COME SI PRODUCE L’ENERGIA NUCLEARE FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE A FISSIONE NUCLEARE E SICUREZZA CENTRALI NUCLEARI NEL MONDO a cura di Cavoli Nicolas, Meglioli Alessandro, Rivi Giulia, Toni Silvia Il progetto Manhattan Enrico Fermi è tra i più noti scienziati al mondo principalmente per gli studi teorici e sperimentali nell’ ambito della meccanica quantistica e della fisica nucleare. Nel 1942 costruì insieme ad altri scienziati la prima pila atomica. Nel 1943 Roosvelt varò il segretissimo ‘’Progetto Manhattan’’ : a Los Alamos, in un deserto del New Messico, si riunirono un gruppo di scienziati con lo scopo di costruire la prima bomba atomica prima del 1945. Le ragioni del lancio La motivazione del lancio della bomba atomica, da parte del 33° presidente americano Harry Truman, fu il seguente: il Giappone durante la seconda guerra mondiale era alleato con Hitler e aveva attaccato e distrutto quasi metà della flotta statunitense che si trovava nel porto di Pearl Harbour nelle Hawaii. Così il giorno dopo, 7 dicembre 1941, gli Stati Uniti dichiararono guerra al Giappone. Enola Gay Il 6 agosto 1945 un bombardiere americano denominato Enola Gay sganciò su Hiroshima la 1° bomba atomica, ribattezzata dall’equipaggio Little Boy. Tre giorni dopo ne venne lanciata un’altra sulla città di Nagasaki. ‘’Dio mio, che cosa abbiamo fatto!’’ Cit. Harry S. Truman Le conseguenze dell’esplosione furono terribili. Tutto prese fuoco, morirono 140.000 persone, ma gli effetti devastanti prodotti dalle ustioni e dall’esposizione alle radiazioni si manifestarono nel corso degli anni con la nascita di bambini malformati, la diffusione della leucemia e di altre forme di malattie cancerogene. Atomi per la pace Nel corso degli anni ‘50 altri paesi giunsero a possedere i segreti dell’energia nucleare. “Atoms for peace” fu il titolo del discorso pronunciato nel 1953 dal presidente degli Stati Uniti Eisenhower davanti all’assemblea delle nazioni unite: in esso veniva posto il problema di passare dall’impegno nelle costruzioni delle armi nucleari a quello per la produzione dell’energia a scopi pacifici. Così nel 1957 nacque l’agenzia internazionale per l’energia atomica. COME SI PRODUCE L’ENERGIA NUCLEARE a cura di Mammi E., Gorrieri A., Biondini A., Cavaliere L. LA LEGGE Einstein scoprì che per ricavare energia dai neutroni servivano due processi la fissione (rottura) e la fusione (unione) il tutto unito in una formula E = mc2 Fino al 1905 tutti pensavano che la massa e l'energia fossero due realtà fisiche molto diverse, ma Einstein comprese che questesono in verità strettamente legate da un valore numerico molto preciso: il quadrato della velocità della luce (c2). Questa formula stabilisce che massa ed energia sono equivalenti. E: rappresenta l'energia meccanica, potenziale più cinetica, espressa in joule M: rappresenta la massa a riposo, espressa in chilogrammi (kg); C: rappresenta la velocità della luce, espressa in m/s. Se pesiamo il prodotto della rottura di una molecole di uranio notiamo che sarà sempre di peso inferiore rispetto all'uranio stesso, la piccola quantità di massa persa corrisponde all'energia prodotta. L'equazione di Einstein consente di determinare quanta energia è stata liberata dalla scissione del nucleo di uranio. LA FISSIONE Quasi tutti gli elementi non sono fissili, cio’ non si lasciano sottoporre a fissione, ad eccezione dell‘ uranio 235. PROCEDIMENTO: un neutrone viene “sparato” contro il nucleo spaccandolo in due, lasciando liberi altri due neutroni. Se accanto ad esso troviamo altri nuclei le particelle liberate vanno a rompere quest'ultimi sprigionando così una reazione a catena. ARRICCHIMENTO dell’URANIO L’Uranio 235 non è così presente in natura come l’Uranio 238 che però non è altrettanto fissile. Si ricorre allora all’ ARRICCHIMENTO DELL’URANIO 238 cui viene aggiunta una certa percentuale di U235 rendendolo fissile. La percentuale di arricchimento dipende dallo scopo che si vuole raggiungere: - per una bomba atomica serve un arricchimento fino al 90% per provocare una reazione in una frazione di secondo. - nei reattori nucleari invece serve solo il 3% di arricchimento per creare energia elettrica LA FUSIONE DELL'IDROGENO Il principio della fusione consiste nel far fondere due nuclei di idrogeno, in modo da ottenere un nucleo di elio trasformatosi così in energia. Gli atomi interessati dal processo di fusione nucleare sono degli isotopi dell'atomo di idrogeno, cioè elementi aventi …………..caratterizzati da minimo numero atomico. Se accanto ad essi (come nella fissione) si trovano altre molecole di idrogeno, viene scatenata una reazione a catena provocando una grande quantità di energia. Affinché la fusione avvenga serve una fortissima pressione a una temperatura pari a 100 milioni di gradi centigradi, questo tipo di condizioni si manifestano solo nelle stelle come il Sole, infatti parte della luce che esso produce è creato dalla fusione. LA BOMBA H La bomba h è un contenitore di metallo riempito di piccole bombe atomiche accatastate vicino a una massa di idrogeno. Le prime bombe furono fatte esplodere in via sperimentale dagli USA e dall'URSS ma la prima dimostrazione pubblica della sua forza avvenne con la distruzione dell'Atollo di Bikini. Di: Compagnoni Silvia De Gaetano Gabriele Giberti Serena Rivi Francesca Cosa Fa Funzionare La Centrale Nucleare? Nella centrale nucleare viene impiegato l’uranio, elemento alquanto radioattivo presente in natura. Mediante l’arricchimento l’uranio naturale aumenta la percentuale del suo isotopo fissile (materiale in grado di produrre una reazione a catena per fissione).La fissione è il fenomeno che avviene quando un neutrone, proveniente dall’esterno urta il nucleo dell’atomo di uranio :il nucleo si scinde e libera due o tre neutroni. Ciò genera una reazione a catena producendo energia sotto forma di calore. Funzionamento Questo è uno schema di funzionamento di una centrale nucleare a fissione di tipo PWR. Il calore sviluppato dalla reazione di fissione all'interno del reattore viene trasferito tramite un fluido refrigerante a un flusso di acqua che genera vapore saturo. Il vapore alimenta una turbina che tramite un generatore produce la corrente che alimenterà la rete elettrica. Reattore BWR: BWR STA PER BOILING WATER REACTOR CHE SIGNIFICA REATTORE AD ACQUA BOLLENTE. Il reattore è un cilindro di acciaio inossidabile di grandi dimensioni. Alla sommità è fissata con bulloni una calotta, che può essere aperta per introdurre gli elementi di combustibile. Sulla parete del reattore ci sono i bocchettoni per l'ingresso dell'acqua e l'uscita del vapore. Per il caricamento del reattore si infilano i combustibili dalla calotta. Per azionarlo invece si attivano le cinque sorgenti di neutroni e piano piano si sfilano le barre e quindi inizia la fissione e, liberando energia, l'acqua evapora . Centrale Elettro Nucleare: Il suo funzionamento è simile a quello di una centrale termoelettrica convenzionale, con la differenza che l'acqua viene fatta bollire in un contenitore a pressione (reattore) e dove avviene la fissione. Questo impianto è diviso in tre parti : • L'edificio che contiene il reattore, in cemento armato; • La sala macchine, molto simile a quella della termoelettrica; • Edifici ausiliari, come piscine schermate piene d'acqua per conservare i combustibili esauriti ma altamente radioattivi. La sicurezza delle centrali nucleari e i problemi ambientali a cura di Aidoo K., Comastri E., Ghini S., Monti N., Rivi V. • Una centrale nucleare è un sistema molto complesso di macchinari e i componenti usati devono soddisfare particolari requisiti. • La sicurezza di questi impianti non interessa solo gli operai, ma anche tutta la popolazione che vive nell’ambiente circostante. I guasti nucleari Per classificare i vari guasti e incidenti è stata progettata la SCALA che si basa su alcuni punti di riferimento: INES Il controllo della potenza termica ovvero il mantenimento della reazione nucleare di fissione; i problemi legati ai sistemi di raffreddamento dei reattori; La fusione delle barre di combustibile nucleare; Le esplosioni del reattore stesso; Il rilascio controllato di gas ed elementi radioattivi. L’incidente di Chernobyl Il 26 Aprile 1986 a Chernobyl c’è stato il più devastante incidente in un reattore nucleare. La direzione della centrale aveva deciso di effettuare un esperimento, ma all’interno del reattore scelto, durante l’operazione, avvenne un improvviso riscaldamento che liberò una bolla di idrogeno e ciò provocò una serie di devastanti esplosioni. Infine, la grafite, iniziò a bruciare e i suoi fumi si diffusero nell’atmosfera. Questa tragedia ha provocato moltissimi disastri per le persone intorno alla centrale e ci fa riflettere sulle responsabilità della produzione di energia elettrica nucleare. L'incidente di Fukushima E’ l’11 marzo 2011 quando un forte sisma causa una serie di quattro distinti incidenti presso la centrale nucleare della città giapponese di Fukushima. L’epicentro del terremoto, situato in mare aperto, genera uno tsunami con onde anomale alte fino a 14 metri che si riversano sulla costa orientale del Giappone. L’acqua del maremoto danneggia i sistemi elettrici di raffreddamento della centrale provocando molte esplosioni nei reattori. Il governo giapponese ordina l’evacuazione di un’area del raggio di 20 km intorno a Fukushima, distanza a cui però riescono ad arrivare anche le radiazioni. L’incidente nella centrale di Fukushima ha risollevato nell’opinione pubblica mondiale il problema della sicurezza degli impianti atomici. Le conseguenze: Chernobyl Fukushima Le conseguenze della nube di Chernobyl sulla salute degli italiani non sono state, e non saranno, "irrilevanti", come fu detto e ripetuto all'indomani della catastrofe per tutelare l'immagine dell'industria elettronucleare nel nostro Paese. Il numero dei morti per i cancri indotti dalla contaminazione radioattiva non e' stato, e non sarà , di "appena qualche decina”, infatti secondo alcuni scienziati è stato di circa 3000 persone. Poco più basso è il numero di chi ha evitato il peggio grazie all'osservazione dei divieti alimentari. Il disastro di Fukushima ha provocato gravissimi problemi di cui però non si è inizialmente sentito molto parlare perchè sia il governo giapponese sia l'Organizzazione Mondiale della Sanità hanno mentito su questo orribile fatto per difendere l'economia nucleare. Ma ormai era impossibile nascondere i danni che il disastro aveva procurato alle persone. Le stime più ottimistiche dicono ch ci vorranno circa cent'anni prima di riprendere sotto controllo l'impianto altri pensano anche a 50 anni. Le scorie radioattive Una centrale nucleare produce ogni anno molti rifiuti detti scorie. La pericolosità di esse è massima appena sono estratte dal reattore. La radioattività diminuisce poi con il tempo. In passato le scorie venivano gettate in mare o seppellite nel terreno. Ancora oggi non è stata comunque trovata una soluzione soddisfacente al problema. Questo è il simbolo che ha il compito di informare, chiunque e ovunque, della presenza in quel luogo di scorie radioattive e quindi di un pericolo per la salute. CENTRALI NUCLEARI NEL MONDO A cura di ANTONIO PERNI THOMAS BUFFAGNI CHIARA UGOLETTI NOEMI FERRI Europa Asia Americ a Africa Oceania EUROPA Le centrali nucleari in Europa sono 148, delle quali 16 attive e 8 in fase di costruzione. Nella classifica europea di reattori nucleari in funzione primeggia la Francia (58), seguono il Regno Unito (19), Germania (17), Svezia (9), Belgio (7). Le centrali attualmente attive appartengono alla terza generazione e cioè ai reattori nucleari ad acqua pressurizzata. AMERICA In America i reattori operativi sono 104 dei quali 1 in costruzione e 7 dismessi. Gli USA sono primi nella classifica planetaria. ASIA Le centrali nucleari in Asia sono 68 le quali 15 in lavorazione e 53 attive, esse sono concentrate in Giappone mentre le altre 15 sono situate in Cina, Corea del Sud, India e Taiwan. AFRICA In Africa ci sono 2 reattori nucleari di cui 1 è attivo mentre l’altro è in costruzione. Queste 2 centrali sono situate nelle zone di Città del Capo e Durban.
